BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

BÀI GIẢNG

IT

QUY HOẠCH VÀ TỐI ƯU MẠNG
3G UMTS VÀ 4G LTE

T

(Lưu hành nội bộ)

P

Biên soạn: TS. Đặng Thế Ngọc (Chủ biên)
ThS. Nguyễn Viết Minh
ThS. Nguyễn Viết Đảm
ThS. Phạm Thị Thúy Hiền

Hà nội, 12/2014


Mục lục

MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................................... i
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................................ ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................................... xvi

LỜI NÓI ĐẦU ......................................................................................................................... xix
CHƯƠNG 1 ................................................................................................................................ 1
QUY HOẠCH VÀ TỐI ƯU WCDMA UMTS .......................................................................... 1
1.1 Mở đầu .............................................................................................................................. 1
1.1.1 Chất lượng, dung lượng và các vấn đề kinh tế trong thiết kế mạng. ......................... 1
1.1.2 Mục tiêu quy hoạch vô tuyến ..................................................................................... 2
1.1.3. Quy trình quy hoạch mạng WCDMA ....................................................................... 3

IT

1.1.4. Những thách thức trong quy hoạch mạng WCDMA ................................................ 4
1.2. Các phương pháp quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA .................................................. 4
1.2.1. Phương pháp dựa trên tổn hao đường truyền ............................................................ 4
1.2.2. Phương pháp quy hoạch dựa trên mô phỏng ............................................................. 9

T

1.2.3. Lựa chọn site ........................................................................................................... 13
1.2.4. Mô hình truyền lan .................................................................................................. 16
1.2.5. Quỹ đường truyền ................................................................................................... 19

P

1.2.6. Công suất kênh chung đường xuống ....................................................................... 28
1.2.7. Tính công suất phát đường xuống ........................................................................... 33
1.2.8. Điều khiển công suất vòng hở đường lên ................................................................ 40
1.2.9. Chuyển giao mềm.................................................................................................... 46
1.2.10. Quy hoạch mã ngẫu nhiên hóa .............................................................................. 52
1.3 Triển khai và lập cấu hình site ........................................................................................ 55
1.3.1 Lựa chọn site ............................................................................................................ 55

1.4 Tối ưu hóa cấu hình ô ..................................................................................................... 58
1.4.1 Tối ưu hóa các tham số và mục tiêu ......................................................................... 58
1.4.2 Thuật toán tìm kiếm nâng cao .................................................................................. 59
1.4.3 Quá trình tối ưu hóa ................................................................................................. 60
1.5 Tổng kết .......................................................................................................................... 62
CHƯƠNG 2 .............................................................................................................................. 64
i


Mục lục

QUY HOẠCH DUNG LƯỢNG, VÙNG PHỦ VÀ ĐỊNH CỠ CHO HSPA UMTS ............... 64
2.1 Mở đầu ............................................................................................................................ 64
2.2 So sánh quy hoạch Rel'99 UMTS và HSPA ................................................................... 65
2.3 Các thủ tục định cỡ HSPA .............................................................................................. 66
2.3.1 Định cỡ phạm vi bao phủ ............................................................................................. 66
2.3.2 Định cỡ- giới hạn dung lượng (giới hạn mã) ........................................................... 67
2.4. Lập mô hình định cỡ HSPA ........................................................................................... 68
2.4.1. Định cỡ dựa trên “công bằng tài nguyên”................................................................... 68
2.4.2 Định cỡ dựa trên”Fair Throughput” ......................................................................... 73
2.4.3 Đo đạc dựa trên “Enhanced Fair Throughput”......................................................... 75
2.4.4 Quá trình đo đạc đa dịch vụ tổng hợp ...................................................................... 79

IT

2.4.5. Đo đạc tác động che tối ........................................................................................... 80
2.5 Kịch bản liên quan đến HSPA RF và thủ tục ................................................................. 85
2.6. So sánh hiệu năng định cỡ giữa UMTS (Rel'99) và HSPA ........................................... 86
2.7. Tổng kết ......................................................................................................................... 91
CHƯƠNG 3 .............................................................................................................................. 93


T

CÁC KỸ THUẬT LẬP BIỂU VÀ TỐI ƯU HÓA TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN CHO HSDPA
VÀ LTE .................................................................................................................................... 93
3.1 Mở đầu ............................................................................................................................ 93

P

3.1.1 Mục tiêu và bối cảnh ................................................................................................ 93
3.1.2 Quản lý tài nguyên vô tuyến cho các hệ thống vô tuyến tiên tiến........................... 93
3.2 Quản lý tài nguyên vô tuyến cho các mạng UMTS phát triển ........................................ 95
3.2.1 Lớp con MAC .......................................................................................................... 95
3.2.2 Lớp con RLC ........................................................................................................... 96
3.2.3 Lớp con PDCP ......................................................................................................... 96
3.2.4 Lớp con RRC ........................................................................................................... 96
3.3 Tổng quan lập biểu gói trong HSPA ............................................................................... 97
3.4 Tổng quan lập biểu gói trong LTE .................................................................................. 99
3.4.1 Điều khiển đăng nhập vô tuyến ................................................................................ 99
3.4.2 Lập biểu gói đường lên .......................................................................................... 100
3.4.3 Lập biểu gói đường xuống ..................................................................................... 101
3.4.4 Lập biểu gói miền thời gian và tần số ................................................................... 102
ii


Mục lục

3.4.5 Lập biểu và lập biểu liên tục .................................................................................. 102
3.5. Các mô hình của kỹ thuật lập biểu HSPA và LTE ...................................................... 103
3.5.1 Giao thức lập biểu công bằng tài nguyên .............................................................. 103

3.5.2 Kỹ thuật lập biểu cân bằng thông lượng ............................................................... 104
3.5.3 Phương pháp tối đa CIR (Max C/I) ....................................................................... 104
3.5.4 Giao thức lập biểu công bằng phụ thuộc kênh (FCDS) ........................................ 107
3.5.5 Lập biểu dựa trên số điểm ..................................................................................... 109
3.6 Các kỹ thuật lập biểu tối ưu mới cho trường hợp đa dịch vụ ....................................... 109
3.6.1 Khái niệm về thiết kế xuyên lớp ............................................................................ 109
3.6.2 Mô tả khái quát các giao thức ................................................................................ 110
3.6.3 Kỹ thuật lập biểu tối ưu hóa theo cấu hình dịch vụ và yêu cầu ............................. 113

IT

3.7. Tổng kết ....................................................................................................................... 119
CHƯƠNG 4 ............................................................................................................................ 120
CÔNG NGHỆ LƯU LƯỢNG CHO HSDPA ........................................................................ 120
4.1 Mở đầu .......................................................................................................................... 120
4.2 Kiến trúc hệ thống......................................................................................................... 121

T

4.3. Mô hình nhóm khả dụng đầy đủ với lưu lượng BPP đa tốc độ ................................... 124
4.3.1 Giả thiết cơ bản ...................................................................................................... 124
4.3.2 Mô hình Erlang-Engset đa chiều ở mức Microstate............................................... 125

P

4.3.3 Nhóm khả năng đầy đủ với lưu lượng BPP ở mức Macrostate.............................. 126
4.3.4 Phương pháp MIM-BPP ......................................................................................... 128
4.4 Mô hình nhóm khả dụng đầy đủ với nén lưu lượng ..................................................... 129
4.4.1 Mô hình cơ bản của nhóm lưu lượng đầy đủ với nén ............................................ 130
4.4.2 Mô hình của nhóm khả dụng đầy đủ với nén không đồng đều .............................. 133

4.5. Mô hình và tính toán cho giao diện vô tuyến .............................................................. 134
4.5.1 Phân bổ tài nguyên của hệ thống mạng di động với khả năng mềm ...................... 135
4.5.2 Phân bổ các đơn vị trong giao diện vô tuyến WCDMA ........................................ 138
4.5.3 Mô hình phân tích của giao diện WCDMA ........................................................... 139
4.6. Định cỡ giao diện Iub theo lưu lượng HSPA ............................................................... 143
4.6.1 Kiến trúc điển hình của giao diện Iub ................................................................... 143
4.6.2 Mô hình phân tích của giao diện Iub ..................................................................... 144
4.7. Tổng kết ....................................................................................................................... 146
iii


Mục lục

CHƯƠNG 5 ............................................................................................................................ 148
QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN CHO TRUYỀN DẪN E-MBMS .......................... 148
5.1 Mở đầu .......................................................................................................................... 148
5.2. Dịch vụ MBMS ............................................................................................................ 149
5.2.1 Hoạt động .............................................................................................................. 149
5.2.2 Kiến trúc ................................................................................................................. 149
5.2.3 Chế độ đa phương của MBMS .............................................................................. 151
5.3. Điều khiển công suất trong chế độ MBMS cho WCDMA/HSPA ............................... 153
5.3.1 Lý lịch công suất HS-DSCH .................................................................................. 154
5.3.2 Lý lịch công suất DCH .......................................................................................... 155
5.3.3 Lý lịch công suất FACH......................................................................................... 157

IT

5.4 Các kỹ thuật tiết kiệm công suất ................................................................................... 157
5.4.1 Thiết lập công suất động (DPS) ............................................................................. 157
5.4.2 Kết hợp phân tập vĩ mô ......................................................................................... 158

5.4.3 Phân chia tốc độ ..................................................................................................... 159
5.5 Các cơ chế lựa chọn kênh mang vô tuyến .................................................................... 160

T

5.5.1 Cơ chế đếm MBMS (TS 25.346) ........................................................................... 161
5.5.2 Thuật toán chuyển đổi MBMS PTP / PTM (TR 25.922) ....................................... 161
5.5.3 Cơ chế đề xuất trong 3GPP TSG RAN1 R1-02-1240 ............................................ 162

P

5.6 Cơ chế MBMS được đề xuất ........................................................................................ 163
5.6.1 Đánh giá thực hiện ................................................................................................. 165
5.7 Tổng kết ........................................................................................................................ 171
CHƯƠNG 6 ............................................................................................................................ 173
QUẢN LÝ VÙNG PHỦ VÀ NHIỄU KHI TRIỂN KHAI CÁC Ô FEMTO ......................... 173
6.1. Mở đầu ......................................................................................................................... 173
6.2 Các cân nhắc triển khai ................................................................................................. 175
6.2.1 Phân bổ tần số ........................................................................................................ 175
6.2.2 Lựa chọn UE của femtocell .................................................................................... 176
6.2.3 Điều khiển truy nhập .............................................................................................. 177
6.3 Thiết lập các thông số vô tuyến và giảm nhiễu đường xuống ...................................... 178
6.3.1 Xây dựng vấn đề thiết lập các thông số vô tuyến. .................................................. 179
6.3.2 Các kịch bản nhiễu đường xuống ........................................................................... 185
iv


Mục lục

6.4 Các kịch bản nhiễu đường lên và các công nghệ giảm thiểu ........................................ 188

6.4.1 Nhiễu ngược từ các Macrocell UE tới Femtocell.................................................. 189
6.4.2 Nhiễu trên đường truyền ngược Macrocell do các UE Femtocell ......................... 194
6.4.3 Giảm nhiễu đường lên do các UE Femtocell gây ra cho trạm gốc Macrocell. ...... 196
6.4.4 Giới hạn nhiễu đối với các Femtocell khác. ........................................................... 198
6.5 Tổng kết, thách thức và những cơ hội phát triển. ......................................................... 199
6.5.1 Tổng kết về các kỹ thuật giảm thiểu nhiễu............................................................. 199
6.5.2 Truyền thông giữa các Femtocell ........................................................................... 200
6.5.3. Tiêu chuẩn hóa trong việc triển khai mạng lưới Femtocell .................................. 200
CHƯƠNG 7 ............................................................................................................................ 202
QUY HOẠCH VÀ TỐI ƯU HÓA LTE ................................................................................. 202

IT

7.1 Mở đầu .......................................................................................................................... 202
7.1.1 Mục tiêu và bối cảnh .............................................................................................. 202
7.1.2. Quản lý tài nguyên vô tuyến cho các hệ thống vô tuyến tiên tiến......................... 202
7.2. Kiến trúc và lớp vật lý LTE ......................................................................................... 203
7.2.1 Lớp con MAC ........................................................................................................ 204

T

7.2.2 Lớp con RLC .......................................................................................................... 204
7.2.3 Lớp con PDCP ....................................................................................................... 205
7.2.4 Lớp con RRC ......................................................................................................... 205

P

7.3 Ghép song công, mã hóa và điều chế trong LTE .......................................................... 206
7.4 Quy hoạch ô .................................................................................................................. 207
7.4.1 Vùng phủ ................................................................................................................ 208

7.4.2 Nhận dạng ô (ID).................................................................................................... 208
7.4.3 Các loại ô ................................................................................................................ 209
7.4.4 Các hệ thống MIMO .............................................................................................. 210
7.4.5 Phân tập .................................................................................................................. 211
7.5 Mô hình truyền sóng ..................................................................................................... 211
7.5.1 Môi trường truyền sóng .......................................................................................... 211
7.5.4 Quỹ đường truyền .................................................................................................. 216
7.6 Các thông số hiệu năng ................................................................................................. 218
7.6.1 Các thông số hiệu năng .......................................................................................... 218
7.6.2 Lưu lượng ............................................................................................................... 219
v


Mục lục

7.7 Tối ưu hóa sau triển khai .............................................................................................. 220
7.8 Tổng kết ........................................................................................................................ 227
CHƯƠNG 8 ............................................................................................................................ 229
MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TIÊN TIẾN CHO LTE VÀ TƯƠNG LAI ................... 229
8.1 Mở đầu .......................................................................................................................... 229
8.2. Phát triển các mạng RAN được xây dựng trên cơ sở 4G OFDMA ............................. 229
8.3 Quản lý tài nguyên vô tuyến 4G ................................................................................... 232
8.3.1 Tổng quan về OFDMA RRM................................................................................. 232
8.3.2 Lập biểu truyền dẫn trong miền thời gian và tần số ............................................... 233
8.3.3 Mã hóa và điều chế thích ứng ................................................................................ 234
8.3.4 Điều khiển công suất .............................................................................................. 236

IT

8.4 Các mạng RAN cho 4G và tiếp sau .............................................................................. 237

8.4.1 Các mạng RAN phát triển cho mạng 4G................................................................ 237
8.4.2 Vấn đề mở trong tối ưu hóa RRM trong các mạng RAN phát triển ...................... 241
8.5 Tổng kết ........................................................................................................................ 254
CHƯƠNG 9 ............................................................................................................................ 256

T

ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT CHO KÊNH VẬT LÝ CHIA SẺ ĐƯỜNG LÊN (PUSCH)
TRONG LTE .......................................................................................................................... 256
9. 1 Mở đầu ......................................................................................................................... 256

P

9. 2 Tổng quan điều khiển công suất .................................................................................. 257
9.3. Điều khiển công suất đường lên cho PUSCH .............................................................. 261
9.3.1 Lý lịch công suất HS-DSCH .................................................................................. 262
9.3.2 Lý lịch công suất DCH ........................................................................................... 263
9.3.3 Lý lịch công suất FACH......................................................................................... 264
9.4 Các sơ đồ điều khiển công suất LTE ............................................................................ 265
9.4.1 Mật độ phổ công suất ............................................................................................. 265
9.4.2 Sơ đồ điều khiển công suất thông thường .............................................................. 266
9.4.3 Sơ đồ điều khiển công suất từng phần ................................................................... 267
9. 5 Các giải thuật điều khiển công suất được đề xuất........................................................ 269
9.6 Tổng kết ........................................................................................................................ 279
CHƯƠNG 10 .......................................................................................................................... 281

vi


Mục lục


CÁC CÔNG NGHỆ THEN CHỐT VÀ QUY HOẠCH MẠNG TRONG HỆ THỐNG TDLTE ......................................................................................................................................... 281
10.1. Mở đầu ....................................................................................................................... 281
10.2. Tổng quan các nguyên lý và các chuẩn của TD-LTE ................................................ 281
10.3. Định cỡ dung lượng cho TD-LTE ............................................................................. 283
10.3.1. Xác suất sự cố của cụm đơn ô ............................................................................. 284
10.3.2. Xác suất sự cố cho cụm đa ô ............................................................................... 285
10.4. Các kỹ thuật then chốt trong TD-LTE ....................................................................... 289
10.4.1. Kỹ thuật tạo chùm sóng....................................................................................... 289
10.4.2. Sự phối hợp liên ô ............................................................................................... 292
10.4.3. Lập biểuvà thích ứng đường truyền. ................................................................... 292
10.5. Quỹ đường truyền của TD-LTE................................................................................. 301

IT

10.5.1. Mô phỏng mức liên kết ....................................................................................... 301
10.5.2 Quỹ đường truyền TD-LTE ................................................................................. 309
10.6. Đánh giá hiệu năng hệ thống ..................................................................................... 314
10.6.1. Cấu trúc khung .................................................................................................... 314

T

10.6.2. Kỹ thuật bao quanh ............................................................................................. 315
10.6.3. Giao diện kênh .................................................................................................... 317
10.6.4. Phương thức sắp xếp SINR ................................................................................. 317

P

10.6.5. Tính toán mào đầu ............................................................................................... 318
10.6.6. Phân tích hiệu năng hệ thống .............................................................................. 319

10.7. Quy hoạch tần số trong TD-LTE ............................................................................... 325
10.7.1 Sự loại trừ nhân tố tái sử dụng tần số (FRF) trong các hệ thống di động
OFDM/OFDMA .............................................................................................................. 325
10.7.2. Nhân tố tái sử dụng tần số kênh điều khiển đường xuống trong TD-LTE.......... 327
10.8. Tăng cường hiệu năng trong TD-LTE ....................................................................... 331
10.8.1. Chuyển tiếp định hướng trong TD-LTE.............................................................. 331
10.8.2. Đánh giá hiệu suất của chuyển tiếp định hướng ................................................. 332
CHƯƠNG 11 .......................................................................................................................... 338
QUY HOẠCH VÀ TỐI ƯU HÓA MẠNG CHUYỂN TIẾP ĐA CHẶNG ........................... 338
11.1. Mở đầu ....................................................................................................................... 338
11.2. Các mạng chuyển tiếp đa chặng ................................................................................ 339
vii


Mục lục

11.2.1. Đặc trưng của mạng chuyển tiếp đa chặng ......................................................... 339
11.2.2. Sự triển khai của mạng chuyển tiếp đa chặng ..................................................... 340
11.3. Các tính năng đặc thù công nghệ ảnh hưởng tới quá trình quy hoạch và tối ưu hóa
mạng.................................................................................................................................... 341
11.3.1. Giới thiệu............................................................................................................. 341
11.3.2. Mô hình nhiễu ..................................................................................................... 341
11.3.3. Mạng chuyển tiếp hợp tác ................................................................................... 343
11.4. Quy trình khung và thủ tục tối ưu hóa ....................................................................... 344
11.4.1. Tái cấu hình thông số .......................................................................................... 344
11.4.2. Quy hoạch tần số ................................................................................................. 347
11.4.3. Phương pháp mô phỏng mức hệ thống và đánh giá hiệu năng ........................... 350
11.5. Các kỹ thuật tối ưu hóa. ............................................................................................. 355

IT


11.5.1. Thuật toán Metaheuristics. .................................................................................. 355
11.5.2. Tối ưu hóa đa mục tiêu ........................................................................................ 355
11.6. Tổng kết ..................................................................................................................... 357
CHƯƠNG 12 .......................................................................................................................... 359

T

DUNG LƯỢNG LTE E-MBMS VÀ ĐỘ LỢI GIỮA CÁC TRẠM ...................................... 359
12.1. Mở đầu ....................................................................................................................... 359
12.2. Các tiêu chí và yêu cầu .............................................................................................. 361

P

12.3. Phương pháp đánh giá và các giả định mô phỏng ..................................................... 363
12.3.1. Thiết kế mô phỏng cấp độ liên kết ...................................................................... 363
12.3.2. Mô phỏng cấp độ hệ thống mạng truy nhập vô tuyến ......................................... 365
12.4. Kết quả hiệu năng từ mô phỏng mức hệ thống .......................................................... 367
12.4.1. Các kết quả BLER ............................................................................................... 368
12.4.2. Các kết quả vùng phủ .......................................................................................... 370
12.4.3. Các kết quả thông lượng ..................................................................................... 372
12.5. Tổng kết ..................................................................................................................... 376

viii


Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Quy trình quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA ......................................................... 4

Hình 1.2: Ví dụ mô phỏng vùng phủ từ cách phương pháp quy hoạch dựa trên tổn hao đường
truyền đến công cụ quy hoạch mạng vô tuyến 3G khi áp dụng ngưỡng cường độ tín hiệu phụ
thuộc clutter cho một dịch vụ cụ thể. ......................................................................................... 7
Hình 1.4: Ví dụ phân tích C/I từ phương pháp quy hoạch mạng vô tuyến 3G dựa trên tổn hao
đường truyền ............................................................................................................................... 8
Hình 1.5: Ví dụ mô phỏng vùng phủ dịch vụ dữ liệu CS 64/64-kb/s ....................................... 11
Hình 1.6: Ví dụ mô phỏng của tải đường lên ........................................................................... 12
Hình 1.7: Ví dụ báo cáo ô bị chặn ............................................................................................ 13

IT

Hình 1.8: Báo hiệu và định thời liên quan đến đồng bộ hóa giao diện vô tuyến đường lên và
đường xuống. ............................................................................................................................ 45
Hình 1.9: Đáp ứng xung của bộ lọc lớp 3 khi đầu vào được cung cấp mỗi 200ms và 100 ms.47
Hình 1.10: Ví dụ về các nhóm mã ngẫu nhiên hóa................................................................... 54
Hình 1.11: Thuật toán tìm kiếm địa phương cho tối ưu hóa mạng WCDMA .......................... 61

T

Hình 2.1: Kế hoạch định cỡ ô theo phương pháp Công bằng tài nguyên ................................. 69
Hình 2.2 : Biểu đồ của thủ tục định cỡ “Enhanced Fair Throughput” ..................................... 77

P

Hình 2.3: Kích thước ô so với tốc độ bit được cung cấp cho xác suất vùng phủ khác và giá trị
độ lệch chuẩn che tối. ............................................................................................................... 85
Hình 2.4: Biểu đồ của thủ tục đo đạc HSPA theo các phương pháp khác nhau D1, D2 và D387
Hình 2.5: Sự đóng góp của ứng dụng HSPA vào kích ô trong đường xuống (trường hợp lưu
lượng thấp và các dịch vụ phân phối theo cấu hình A). ........................................................... 88
Hình 2.6: Sự đóng góp của ứng dụng HSPA vào kích ô trong đường xuống (trường hợp lưu

lượng thấp và các dịch vụ phân phối theo cấu hình A). ........................................................... 88
Hình 2.7: Sự đóng góp của ứng dụng HSPA vào kích ô trong đường xuống (trường hợp lưu
lượng thấp và các dịch phân phối vụ theo cấu hình A). ........................................................... 89
Hình 2.8: Sự đóng góp của ứng dụng HSPA vào kích ô trong đường xuống (trường hợp lưu
lượng thấp và các dịch phân phối vụ theo cấu hình B). ........................................................... 90
Hình 2.9: Hiệu quả quang phổ của ô theo dịch vụ hạn chế nhất (dịch vụ phân phối theo cấu
hình A). ..................................................................................................................................... 90
Hình 2.10: Hiệu quả quang phổ của ô theo dịch vụ ít hạn chế nhất (dịch vụ phân phối theo cấu
hình B). ..................................................................................................................................... 91
Hình 3. 1 Cấu trúc lớp 2 cho đường xuống .............................................................................. 95
ix


Danh mục hình vẽ

Hình 3. 2 Khai thác chất lượng kênh sử dụng cho các quyết định lập biểu ............................. 98
Hình 3. 3 MAC- hs tại NodeB trong HSDPA .......................................................................... 99
Hình 3. 4 Ấn định tài nguyên đường xuống LTE OFDMA theo tần số và thời gian ............ 101
Hình 3. 5 Khái niệm chung về thiết kế xuyên lớp .................................................................. 110
Hình 4.1 Các thành phần cấu trúc mạng UMTS..................................................................... 122
Hình 4.2 Nhóm khả dụng đầy đủ với luồng bit Erlang và Engset .......................................... 124
Hình 4.3 Một đoạn trong sơ đồ của quá trình Markov ở FAG ............................................... 126
Hình 4.4 Mô hình mẫu hệ thống có nén, trong lớp dịch vụ i được nén tối đa ........................ 133
Hình 4.5. Phân bổ tài nguyên trong giao diện vô tuyến WCDMA ........................................ 139
Hình 4.6 Một cách phổ biến đề đưa ra kết nối giữa trạm gốc UMTS và thành phần điều khiển
mạng vô tuyến với ứng dụng công nghệ IMA. ....................................................................... 144

IT

Hình 5. 1 Kiến trúc UMTS và MBMS ................................................................................... 150

Hình 5. 2 UMTS đa phương không tăng cường MBMS ........................................................ 151
Hình 5. 3 UMTS đa phương với cải tiến MBMS ................................................................... 152
Hình 5. 4 Phân phát gói trong chế độ phát đa phương MBMS .............................................. 152
Hình 5. 5 Công suất phát (Tx) DCH....................................................................................... 156

T

Hình 5. 6 Công suất FACH Tx với DPS (RL: đường dẫn vô tuyến)...................................... 158
Hình 5. 7 FACH Tx power with MDC (1 Radio Link [RL], 2 RLs, and 3 RLs) ................... 159
Hình 5. 8 Cung cấp MBMS với RS ........................................................................................ 160

P

Hình 5. 9 Mức công suất 3GPP TS 25.346 Tx ....................................................................... 162
Hình 5. 10 Mức công suất 3GPP TR 25.922 (with DCH) Tx ................................................ 163
Hình 5. 11 Mức công suất 3GPP TSG RAN1 R1-02-1240 Tx .............................................. 163
Hình 5. 12 Lược đồ đếm công suất với chức năng MIMO .................................................... 165
Hình 5. 13 Phân bổ công suất MBMS, 64 kb/s, 60% vùng phủ ............................................. 166
Hình 5. 14 Phân bổ công suất MBMS, 64 kb/s, 80% vùng phủ ............................................. 167
Hình 5. 15 Phân bổ công suất MBMS, 64 kb/s, 100% vùng phủ ........................................... 167
Hình 5. 16 Mô phỏng cấu trúc liên kết ................................................................................... 168
Hình 5. 17 Đầu ra ô nguồn của giai đoạn tính toán mức công suất ........................................ 168
Hình 5. 18 Đầu ra ô nguồn của giai đoạn tính toán mức công suất ........................................ 169
Hình 5. 19 Ô nguồn - cơ chế đề xuất so với cơ chế MBMS đếm ........................................... 169
Hình 5. 20 Ô nguồn - cơ chế đề xuất so với cơ chế đếm MBMS ........................................... 169
Hình 6.1: Các kịch bản triển khai để chia sẻ hai sóng mang UMTS: F1 và F2 ..................... 176
x


Danh mục hình vẽ


Hình 6.2: Minh họa vùng phủ sóng của femtocell: Các femtocell bên trái có một vùng phủ là
f = 80 dB được xác định bởi thực tế là bất cứ UE nào "tại biên ôl" có CPICH SINR ít nhất Y
dB. Nhiễu do femtocell khác và macrocell cũng được hiển thị.............................................. 180
Hình 6.3 Tính toán tổn hao đường truyền trung bình với công suất phát 0 dBm và phù hợp
nhất với mô hình khoảng cách log trên một tập 20 nhà ở. ..................................................... 181
Hình 6.4: Hàm khả dụng tổng quát ........................................................................................ 182
Hình 6.5: (a) Hai femtocell ngăn cách bởi một độ lợi kênh bằng G. (b) Minh họa đường cong
biểu diễn công suất phát đối với vùng phủ sóng khi cả hai femtocell phát tại cùng mức công
suất phát P và khi

 f des  1 GdB ................................................................................... 183

Hình 6.6: Ví dụ về nhiễu gây ra bởi femtocell lên macrocell................................................. 186
Hình 6.7: Ứng viên thiết lập cường độ hoa tiêu cho công suất phát femtocell là 0 dBm được
đo bởi UE macrocell. Hình vẽ chỉ ra một “vùng chết” hoàn toàn bên trongngôi nhà sử dụng hệ
thống macrocell ...................................................................................................................... 187

IT

Hình 6.8: Ứng viên thiết lập cường độ hoa tiêu cho công suất phát femtocell là -10 dBm được
đo bởi UE macrocell. Hình vẽ cho thấy độ phủ sóng yếu của macrocell tại các góc ngôi nhà
gần một cửa sổ. ....................................................................................................................... 187

T

Hình 6.9: Ứng viên thiết lập cường độ hoa tiêu cho công suất phát femtocell là -20 dBm được
đo bởi UE macrocell. Hình vẽ cho thấy độ phủ sóng yếu của macrocell tại các góc ngôi nhà
gần một cửa sổ. ....................................................................................................................... 187
Hình 6.10: Mô hình nhiễu ngược .......................................................................................... 190


P

Hình 6.11: Hàm phân bố của độ sai khác độ lợi đường truyền trong triển khai macrocellfemtocell chia sẻ ..................................................................................................................... 190
Hình 6.12: Vị trí của các UE Macro và các UE Femtocell liên quan đến Femtocell ............ 191
Hình 6.13: Nhiễu cụm trên đường lên UMTS ........................................................................ 193
Hình 6.14 Quản lý nhiễu cụm bằng suy giảm thích ứng/ ảo .................................................. 195
Hình 6.15: Giới hạn công suất để giảm thiểu nhiễu tác động lên Macro ............................... 198
Hình 7.1. Cấu trúc lớp 2 đối với DL. ...................................................................................... 204
Hình 7.2. Khai thác chất lượng kênh người sử dụng để quyết định lập lịch .......................... 207
Hình 7.3. MAC-hs tại NodeB trong HSDPA ......................................................................... 207
Hình 7.4. Gán tài nguyên đường xuống LTE OFDMA trong miền thời gian-tần số. ............ 210
Hình 7.5. Khái niệm chung về thiết kế xuyên lớp .................................................................. 219
Hình 8.1 Các phần tử trong cấu trúc mạng UMTS ................................................................. 230
Hình 8.2. Nhóm khả dụng hoàn toàn với luồng lưu lượng Erlang and Engset ...................... 232
Hình 8.3. Minh họa đoạn biểu đồ của quá trình Markov trong nhóm khả dụng hoàn toàn. .. 233

xi


Danh mục hình vẽ

Hình 8.4. Minh họa hệ thống có nén, trong đó lớp i các cuộc gọi được nén tối đa. ............... 240
Hình 8.5. Phân bố tài nguyên trong giao diện vô tuyến WCDMA ........................................ 246
Hình 8.6 Một trong những cách phổ biến nhất để thực hiện kết nối giữa trạm gốc UMTS và bộ
điều khiển mạng vô tuyến với việc ứng dụng công nghệ IMA. ............................................. 251
Hình 9.1. Kiến trúc UMTS và MBMS ................................................................................... 258
Hình 9.2. Phát đa phương UMTS không tăng cường MBMS ................................................ 259
Hình 9.3. Phát đa phương UMTS cùng với tăng cường MBMS ............................................ 260
Hình 9.4. Phân phát gói tin trong chế độ phát đa hướng MBMS ........................................... 260

Hình 9.5. Công suất phát DCH ............................................................................................... 265
Hình 9.6. Công suất phát FACH với DPS (RL: Radio Link- liên kết vô tuyến) .................... 266
Hình 9.7. Công suất phát FACH với MDC (1 liên kết vô tuyến [RL], 2 RLS, và 3 RLS). ... 267

IT

Hình 9.8. Cung cấp MBMS với RS. ....................................................................................... 268
Hình 9.9. Các mức công suất phát 3GPP TS 25. 346. ............................................................ 270
Hình 9.10. Các mức công suất phát 3GPP TR 25.922 (với DCH). ........................................ 270
Hình 9.11. Các mức công suất phát RAN1 R1-02-1240 Tx 3GPP TSG. ............................... 271
Hình 9.12. Quá trình tính công suất với chức năng MIMO ................................................... 273

T

Hình 9.13. Phân bổ công suất MBMS, 64 kbps, phủ sóng 60%............................................. 274
Hình 9.14. Phân bổ công suất MBMS, 64 kbps, phủ sóng 80%............................................. 274
Hình 9.15. Phân bổ công suất MBMS, 64 kbps, phủ sóng 100%........................................... 275

P

Hình 9.16. Topo mô phỏng..................................................................................................... 276
Hình 9.17. Ô nguồn – đầu ra giai đoạn tính toán mức công suất ........................................... 276
Hình 9.18. Ô đích – đầu ra giai đoạn tính toán mức công suất .............................................. 277
Hình 9.19. Ô nguồn - So sánh cơ chế được đề xuất với cơ chế đếm MBMS ......................... 277
Hình 9.20. Ô đích - So sánh cơ chế được đề xuất với cơ chế đếm MBMS ............................ 278
Hình 10.1. Cấu trúc khung loại 2 cho TD-LTE (Với chu kỳ chuyển mạch 5 ms) ................. 282
Hình 10.2. Phân tích xác suất sự cố hệ thống OFDM đơn ô .................................................. 285
Hình 10.3. Phân tích xác suất sự cố hệ thống OFDM đa ô (K = 1) ........................................ 288
Hình 10.4. Phân tích xác suất sự cố hệ thống OFDM đa ô (K = 3)........................................ 288
Hình 10.5. Phân tích xác suất sự cố hệ thống OFDM đa ô (K = 12) ...................................... 289

Hình 10.6. Sơ đồ khối của tạo chùm đa người dùng trong hệ thống TD-LTE ....................... 290
Hình 10.7. Cấu hình tám anten phân cực. .............................................................................. 291
Hình 10.8. Hàm phân bố tích lũy của thông lượng người dùng. ............................................ 291
xii


Danh mục hình vẽ

Hình 10.9. Minh họa về phối hợp nhiễu giao thoa liên ô. ...................................................... 293
Hình 10.10. Quy trình điều chế và mã hóa thích ứng bao gồm cả thông tin phản hồi CQI và
lựa chon MCS. ........................................................................................................................ 294
Hình 10.11. Quy trình lựa chon MCS ba bước. ...................................................................... 297
Hình 10.12. Thông lượng ô trung bình cho bốn trường hợp khác nhau. Mỗi UE phản hồi CQI
trên 50 khối tài nguyên trong trường hợp 1 và 2. Tương ứng mỗi UE phản hồi CQI trên 10
băng con (mỗi băng con gồm 5 khối tài nguyên) trong trường hợp 3 và 4. ........................... 298
Hình 10.13. Thông lượng ô trung bình với phản hồi CQI bị giới hạn. UE báo cáo một giá trị
CQI với M cơ chế 1 tốt nhất (M = 10, 20, 30, 40, 50). Tốc độ của UE là 3 km/h. ................ 298
Hình 10.14. Mào đầu đường lên mỗi UE khi UE báo cáo CQI với M cơ chế 1 tốt nhất ....... 299
(M = 10, 20, 30, 40, 50) .......................................................................................................... 299
Hình 10.15. Thông lượng ô trung bình với phản hồi CQI bị giới hạn. UE báo cáo một giá trị
CQI với M cơ chế 2 tốt nhất (M = 1, 3, 5, 7, 10). Tốc độ của UE là 3 km/h. ........................ 300

IT

Hình 10.16. Mào đầu đường lên mỗi UE khi UE báo cáo CQI với M cơ chế 2 tốt nhất ....... 300
(M = 1, 3, 5, 7, 10). ................................................................................................................. 300
Hình 10.17. Thông lượng ô trung bình khi UE báo cáo CQI với M cơ chế 1 tốt nhất. .......... 300
Hình 10.18. Thông lượng ô trung bình khi UE báo cáo CQI với M cơ chế 2 tốt nhất. .......... 301

T


Hình 10.19. Tổng quan quá trình mô phỏng PUSCH............................................................. 301
Hình 10.20. Hiệu suất BLER cho PUSCH với 1 anten phát 2 anten thu. .............................. 302
Hình 10.21. Hiệu suất BER cho PUSCH với 1 anten phát và 2 anten thu. ............................ 303

P

Hình 10.22. Hiệu suất BLER cho PDSCH với 8 anten phát và 2 anten thu. .......................... 304
Hình 10.23. Hiệu suất BER cho PDSCH với 8 anten phát và 2 anten thu. ............................ 304
Hình 10.24. Tổng quan quá trình mô phỏng cho PUCCH dịnh dạng 1/1a/1b. ...................... 305
Hình 10.25. Tổng quan quá trình mô phỏng cho PUCCH định dạng 2. ................................ 305
Hình 10.26. Tổng quan quá trình mô phỏng cho PUCCH định dạng 2a/2b. .......................... 306
Hình 10.27. Hiệu suất BER/BLER cho PUCCH định dạng 1/1a/1b với 1 anten phát và 2 anten
thu. .......................................................................................................................................... 307
Hình 10.28. Hiệu suất BER/BLER cho PUCCH định dạng 2/2a/2b với 1 anten phát và 2 anten
thu. .......................................................................................................................................... 307
Hình 10.29. Tổng quan về quá trình mô phỏng cho PDCCH................................................. 308
Hình 10.30. Hiệu suất BLER cho PDCCH DCI định dạng 0 với 2 anten phát và 2 anten thu.
................................................................................................................................................ 309
Hình 10.31. Hiệu suất BER cho PDCCH DCI địh dạng 0 với 2 anten phát và 2 anten thu. .. 309
Hình 10.32. Vùng phủ kênh đường lên TD-LTE. .................................................................. 313
xiii


Danh mục hình vẽ

Hình 10.33. Vùng phủ kênh đường xuống TD-LTE. ............................................................. 314
Hình 10.34. Minh họa của kỹ thuật bao quanh. ...................................................................... 316
Hình 10.35. Phân bố hình học đường xuống. ......................................................................... 321
Hình 10.36. Thông lượng biên ô và thông lượng trung bình ô đường xuống với trường hợp 1.

................................................................................................................................................ 322
Hình 10.37. Thông lượng biên ô và thông lượng trung bình ô đường xuống với trường hợp 3.
................................................................................................................................................ 322
Hình 10.38. Phân bố tích lũy đường xuống của thông lượng UE trong quy mô lớn.............. 324
Hình 10.39. Phân bố tích lũy đường xuống của thông lượng UE trong quy mô nhỏ. ............ 324
Hình 10.40. Kịch bản của tầng trạm gốc đồng kênh đầu tiên với N = 7. ............................... 325
Hình 10.41. Trường hợp SINR tồi nhất với N=7. .................................................................. 327
Hình 10.42. Đường cong CDF SINR cho các nhân tố tái sử dụng tần số khác nhau. ........... 330

IT

Hình 10.43. Cấu trúc chuyển tiếp định hướng........................................................................ 332
Hình 10.44. Mô hình khung TD-LTE cho giao thức chuyển tiếp dựa trên DF. ..................... 332
Hình 10.45. Tái sử dụng tài nguyên vô tuyến cho các liên kết truy nhập. ............................. 334
Hình 10.46. CDF theo SINR trong các UE khi SINR không lớn hơn 21 dB. ........................ 336

T

Hình 10.47. SINR theo khoảng cách tới trung tâm ô (SINR tối đa cho phép là 21 dB). ....... 336
Hình 11.1: Ví dụ kịch bản sử dụng với BS và RS .................................................................. 339
Hình 11.2: Kịch bản khác nhau về vị trí BS và RS ................................................................ 340

P

Hình 11.3: Lưới tài nguyên .................................................................................................... 342
Hình 11.4: Chuyển tiếp thời gian ........................................................................................... 343
Hình 11.5: Quy hoạch và tối ưu hóa mạng ............................................................................. 345
Hình 11.6: Mức ngưỡng dựa trên hàm phạt để tối thiểu hóa.................................................. 347
Hình 11.7: Giải pháp tối ưu .................................................................................................... 353
Hình 11.8: Giải pháp không cần vòng lặp tối ưu hóa trong ................................................... 354

Hình 11.9: Số lượng người dùng tại mức nhiễu khác nhau .................................................... 355
Hình 11.10: Ví dụ về vấn đề tối thiểu hóa 2 chức năng với giải pháp. Giải pháp C đã được cải
cách từ giải pháp A và B. ....................................................................................................... 356
Hình 11.11: Thuật toán tìm kiếm đa đối tượng ...................................................................... 357
Hình 12.1. Truyền dẫn video có khả năng mở rộng. .............................................................. 362
Hình 12.2. Tương tác giữa mô phỏng cấp độ liên kết và mô phỏng cấp độ hệ thống. ........... 363
Hình 12.3. Cấu trúc máy thu lặp............................................................................................. 365

xiv


Danh mục hình vẽ

Hình 12.4. Bố trí ô với tái sử dụng tần số 1/3. ....................................................................... 367
Hình 12.5. Chòm sao tín hiệu cho điều chế phân cấp 16-QAM. ............................................ 367
Hình 12.6. BLER theo Es/No cho 16-QAM phân cấp, xe cộ A 30 km/h. .............................. 369
Hình 12.7. BLER theo Es/No cho 64-QAM phân cấp, xe cộ A 30 km/h. .............................. 369
Hình 12.8. BLER theo Es/No cho 16-QAM phân cấp, MBSFN 30 km/h.............................. 370
Hình 12.9. Vùng phủ trung bình (%) theo Ec/Ior, với SC-PMP. ........................................... 371
Hình 12.10. Vùng phủ trung bình (%) theo Ec/Ior, với MBSFN. .......................................... 372
Hình 12.11. Thông lượng UE trung bình theo Ec/Ior, kịch bản SC-PMP. ............................. 372
Hình 12.12. Thông lượng theo khoảng cách cho SC-PMP. ................................................... 373
Hình 12.13. Thông lượng UE trung bình theo Ec/Ior cho MBSFN. ...................................... 374

P

T

IT


Hình 12.14. Thông lượng biến thiên theo khoảng cách. ........................................................ 375

xv


Danh mục bảng biểu

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Ví dụ mẫu của kết quả quỹ đường truyền 3G với Công cụ quy hoạch cường độ
ngưỡng tín hiệu ........................................................................................................................... 5
Bảng 1.2: Tiêu chí lựa chọn trang trạm được sử dụng để xác định có hay không một trạm
được xem xét trong quy hoạch mạng vô tuyến 3G ................................................................... 14
Bảng 1.3: Tiêu chí lựa chọn trạm sử dụng để ưu tiên giữa các trạm đang được xem xét trong
quy hoạch mạng vô tuyến 3G ................................................................................................... 15
Bảng 1.4: Khả năng ứng dụng mô hình truyền lan Okumura-Hata và Walfisch-Ikegami ....... 17
Bảng 1.5: Quỹ đường truyền dịch vụ đường lên tổng quát ...................................................... 21

IT

Bảng 1.6: Tổn hao xâm nhập tòa nhà và các đặc tính Pha đinh chậm ................................... 22
Bảng 1.7: Quỹ đường truyền dịch vụ đường xuống tổng quát ................................................. 23
Bảng 1.8: Quỹ đường truyền CPICH đường xuống tổng quát ................................................. 26
Bảng 1.9: Sự so sánh của các kết quả quỹ đường truyền ......................................................... 27
Bảng 1.10: Mối quan hệ giữa số các chỉ thị tìm gọi và số bit trên mỗi chỉ thị tìm gọi ........... 30

T

Bảng 1.11: Công suất phát đường xuống trung bình cho các kênh chung ............................... 31
Bảng 1.12: Công suất đỉnh đường xuống trung bình cho các kênh chung ............................... 32
Bảng 1.13: Công suất phát đường xuống cực đại cho dịch vụ dữ liệu 64kb/s ......................... 33


P

Bảng 1.14: So sánh quỹ đường truyền của P-CCPCH và S-CCPCH với quỹ đường truyền dịch
vụ dữ liệu 64 kb/s ..................................................................................................................... 33
Bảng 1.15: Các thông số hoạt động của NodeB liên quan đến điều khiển công suất vòng hở
đường lên .................................................................................................................................. 41
Bảng 2.1: Bảng tương ứng của CQI cho thiết bị đầu cuối 10 UE ............................................ 82
Bảng 2.2: Bảng đo đạc.............................................................................................................. 84
Bảng 2.3: Phân phối lưu lượng theo dịch vụ trong các cấu hình A và B ................................. 86
Bảng 3.1 LTE QCI (lớp QoS định danh), được định nghĩa bởi 3GPP TS 23.207 ................. 100
Bảng 3.2 Các biến sử dụng trong FCDS ................................................................................ 108
Bảng 3.3 Giá trị của hệ số trọng sốhóa đối với đa dịch vụ (cấu hình khác nhau) ................. 118
Bảng 4.1 So sánh các thuộc tính của các kênh DCH (R99), HS-DSCH (HSDPA), và E-DSH
(HSUPA) ................................................................................................................................ 123
Bảng 4.2 Tải mẫu giao diện vô tuyến WCDMA của cuộc gọi ở các lớp dịch vụ khác nhau . 136

xvi


Danh mục bảng biểu

Bảng 4.3 Mẫu giao diện vô tuyến HSPA tải bởi các cuộc gọi hoặc các lớp dịch vụ khác nhau
................................................................................................................................................ 137
Bảng 4.4: Ví dụ về các lớp dịch vụ… .................................................................................... 143
Bảng 5.1 Giả định mô phỏng ô vĩ mô .................................................................................... 154
Bảng 5.2 Các mức công suất phát FACH ............................................................................... 157
Bảng 5.3 Mức công suất chỉ thị FACH Tx với MDC ............................................................ 159
Bảng 6.1: Vị trí UE macro cách femtocell khoảng 13m. Vị trí của UE femtocell cách
femtocell khoảng 10m ............................................................................................................ 192

Bảng 6.2: Sự thay đổi công suất phát của UE Macro khi UE femtocell di chuyển đến gần
mạng Macro ............................................................................................................................ 197
Bảng 7.1. QCI LTE (bộ nhận biết lớp QoS), định nghĩa bởi 3GPP TS 23.207 ..................... 209
Bảng 7.2. Các biến số được dùng trong FCDS....................................................................... 217

IT

Bảng 7.3. Các giá trị của hệ số phụ trọng số hóa đối với đa dịch vụ (các lý lịch khác nhau) 226
Bảng 8.1 So sánh các thuộc tính của kênh DCH (R99), HS-DSCH (HSDPA), và E-DSH
(HSUPA). ............................................................................................................................... 231
Bảng 8.2: Các tải trọng mẫu trên giao diện vô tuyến WCDMA bởi các cuộc gọi của các lớp
khác nhau ................................................................................................................................ 243

T

Bảng 8.3: Các tải trọng mẫu trên giao diện vô tuyến HSPA bởi các cuộc gọi của các lớp khác
nhau ........................................................................................................................................ 244
Bảng 8.4. Minh họa việc xắp xếp lớp dịch vụ vào trong các lớp ATM ................................. 251

P

Bảng 9.1. Giả định mô phỏng Ô vĩ mô ................................................................................... 262
Bảng 9.2 Các mức công suất phát FACH ............................................................................... 265
Bảng 9.3. Biểu thị các mức công suất phát FACH với MDC ................................................ 268
Bảng 10.1. Hiệu suất phổ đường xuống trong TD-LTE. ........................................................ 292
Bảng 10.2. Các tham số mô phỏng PUSCH. .......................................................................... 302
Bảng 10.3. Các tham số mô phỏng cho PDSCH. ................................................................... 303
Bảng 10.4. Các định dạng PUCCH. ....................................................................................... 305
Bảng 10.5. Các tham số mô phỏng cho PUCCH. ................................................................... 306
Bảng 10.6. Các tham số mô phỏng PDCCH........................................................................... 308

Bảng 10.7. Các tham số quỹ đường truyền đường xuống cho TD-LTE. ............................... 311
Bảng 10.8. Yêu cầu SINR đường lên vớ tỷ lệ lỗi xác định. ................................................... 312
Bảng 10.9. Các thông số quỹ đường truyền đường lên cho TD-LTE. ................................... 312
Bảng 10.10. Yêu cầu SINR đương xuống với tỷ lệ lỗi xác định. ........................................... 313
xvii


Danh mục bảng biểu

Bảng 10.11. Các cấu hình của khung con đặc biệt (Đơn vị: Ký hiệu). .................................. 315
Bảng 10.12. Các cấu hình đường lên-đường xuống. .............................................................. 315
Bảng 10.13. Các giá trị của tham số  . ................................................................................. 318
Bảng 10.14. Các tham số chính của mô phỏng cấp độ hệt thống TD-LTE. ........................... 320
Bảng 10.15. Thông lượng trung bình ô đường xuống (Mbps) với trường hợp 1. .................. 323
Bảng 10.16. Thông lượng biên ô đường xuống (kb/s) với trường hợp 1. .............................. 323
Bảng 10.17. Thông lượng trung bình ô đường xuống (Mbps) với trường hợp 3. .................. 323
Bảng 10.18. Thông lượng biên ô đường xuống (kb/s) với trường hợp 3. .............................. 323
Bảng 10.19. Ngưỡng giải điều chế SINRth của các kênh điều khiển TD-LTE. ..................... 328
Bảng 10.20. Các nhân tố tái sử dụng tần số của các kênh điều khiển đường xuống TD-LTE.
................................................................................................................................................ 329

IT

Bảng 10.21. Các tham số mô phỏng cho liên kết chuyển tiếp TD-LTE. ................................ 330
Bảng 10.22. Giá trị FRF lý thuyết và mô phỏng cho kênh điều khiển đường xuống TD-LTE.
................................................................................................................................................ 331
Bảng 10.23. Thông lượng kỳ vọng. ........................................................................................ 334
Bảng 10.24. SINR kỳ vọng (SINR bị hạn chế). ..................................................................... 335

T


Bảng 10.25. Giá trị thông lượng kỳ vọng (SINR bị hạn chế). ................................................ 335
Bảng 11.1: Ma trận giới hạn và véc tơ yêu cầu ...................................................................... 353
Bảng 12.1. Các tham số mô phỏng cấp độ liên kết và hệ thống cho kịch bản ....................... 365

P

ô macro đô thị. ........................................................................................................................ 365
Bảng 12.2. Các giá trị hiệu năng cho các kịch bản MBSFN và SC-PMP sử dụng OFDM đa độ
phân giải phân cấp 16-QAM (Băng thông = 10 MHz). .......................................................... 373
Bảng 12.3. Các giá trị hiệu năng cho chế độ WCDMA đơn độ phân giải QPSK với băng thông
10 MHz. .................................................................................................................................. 375

xviii


Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU

IT

Từ khi ra đời cho đến nay thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn
thông phát triển nhanh nhất. Để đáp ứng các nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng
cao, thông tin di động không ngừng được cải tiến. Đến nay thông tin di động đã trải qua nhiều
thế hệ. Thế hệ thứ nhất là thế hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ đa truy
nhập phân chia theo tần số (FDMA). Tiếp theo là thế hệ hai và hiện nay thế hệ ba đã và đang
được đưa vào hoạt động. Thế hệ bốn cũng đã được đưa vào hoạt động và vẫn đang được tích
cực nghiên cứu. Thông tin di động thế hệ hai sử dụng kĩ thuật số với các công nghệ đa truy
nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và mã (CDMA). Đây là các hệ thống thông tin di

động băng hẹp với tốc độ bit thông tin của người sử dụng là 8-13 kbit/s. Hai thông số quan
trọng đặc trưng cho các hệ thống thông tin di động số là tốc độ bit thông tin của người sử
dụng và tính di động. Ở các thế hệ tiếp theo thế hệ hai các thông số này ngày càng được cải
thiện. Thông tin di động thế hệ ba có tốc độ bit lên tới hàng chục Mbit/s. Thế hệ bốn sử dụng
công nghệ OFDMA có tốc độ lên tới 100 Mbit/s và cao hơn nữa.
Các hệ thống thông tin di động thế hệ mới phải đạt được các mục tiêu chính sau đây:

T

 Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy nhập internet nhanh
hoặc các ứng dụng đa phương tiện, do yêu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ này.
 Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện thoại vệ
tinh. Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ của các hệ thống thông
tin di động.
 Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát triển liên
tục của thông tin di động.

P

Chính vì thế vấn đề quy hoạch và tối ưu mạng rất quan trọng. Môn học “Quy hoạch và
tối ưu mạng 3G UMTS và 4G LTE” là môn học tự chọn được dành cho sinh viên viễn thông
năm cuối của Đại học Công nghệ Bưu chính Viễn thông. Bài giảng “Quy hoạch và tối ưu
mạng” sẽ cung cấp các kiến thức về các công việc cũng như phương pháp thực hiện quy
hoach và tối ưu các mạng 3G UMTS và 4G LTE. Môn học này được giảng sau khi sinh viên
đã học giáo trình “Thông tin di động”. Bài giảng có cấu trúc 12 chương. Hai chương đầu trình
bày về quy hoạch, tối ưu và định cỡ cho mạng WCDMA và HSPA UMTS. Chương 3 và
chương 4 trình bày các kỹ thuật lập biểu, tối ưu tài nguyên vô tuyến và công nghệ lưu lượng
cho HSDPA. Chương 5 trình bày về quản lý tài nguyên vô tuyến cho truyền dẫn E-MBMS.
Chương 6 đề cập vấn đề quản lý vùng phủ và nhiễu khi triển khai các ô femto. Sáu chương
còn lại trình bày về quy hoạch, tối ưu, điều khiển công suất … trong mạng 4G LTE.

Hà Nội ngày 22 tháng 12 năm 2014

xix


Chương 1: Quy hoạch và tối ưu WCDMA UMTS

CHƯƠNG 1
QUY HOẠCH VÀ TỐI ƯU WCDMA UMTS
1.1 Mở đầu
Trong chương này giới thiệu mục tiêu và tác động của quy hoạch mạng. Bằng cách xem
xét các thách thức quan trọng nhất: nhu cầu lưu lượng và chất lượng dịch vụ QoS, quá trình
quy hoạch mạng WCDMA sẽ được trình bày cụ thể.
1.1.1 Chất lượng, dung lượng và các vấn đề kinh tế trong thiết kế mạng.

IT

Nhu cầu ngày càng tăng của truyền thông di động yêu cầu các nhà cung cấp dịch vụ di
động tìm cách để cải thiện chất lượng dịch vụ và hỗ trợ số lượng thuê bao ngày càng tăng
trong các hệ thống của họ. Vì lượng phổ tần dành cho truyền thông di động là rất hạn chế,
việc sử dụng hiệu quả tài nguyên tần số là rất cần thiết. Hiện nay, thiết kế hệ thống di động là
một thách thức bởi sự cần thiết một mạng chất lượng dịch vụ tốt tốt hơn và phục vụ số lượng
ngày càng tăng của các thuê bao. Quy hoạch mạng đang trở thành một vấn đề quan trọng
trong các kịch bản hiện tại, với tốc độ tăng trưởng thuê bao cao ở nhiều nước buộc các nhà
khai thác phải cấu hình lại hệ thống của mình hầu như hàng tháng. Do đó, việc tìm kiếm các
kỹ thuật thông minh, để có thể giảm bớt đáng kể việc thay đổi quy hoạch (và chi phí liên
quan) trở nên vô cùng quan trọng đối với các nhà khai thác trong một thị trường cạnh tranh.

P


T

Quy hoạch mạng di động là một nhiệm vụ rất phức tạp, nhiều khía cạnh phải xem xét
bao gồm địa hình, điều kiện giao thông, cơ sở hạ tầng... Mọi thứ trở nên phức tạp hơn vì một
số hạn chế khi quy hoạch, chẳng hạn như dung lượng hệ thống, chất lượng dịch vụ, băng tần
công tác, và các yêu cầu khác. Ngày nay, công việc của các nhà quy hoach mạng là thiết lập
các BS một cách thủ công và xác định các thông số của chúng dựa trên kinh nghiệm và trực
giác cá nhân. Các quy trình thủ công phải trải qua một số lần lặp lại trước khi đạt được thông
lượng phù hợp và không thể đảm bảo một giải pháp tối ưu. Phương pháp này có thể tốt khi
nhu cầu đối với các dịch vụ di động ở mức thấp. Tuy nhiên, sự bùng nổ về nhu cầu dịch vụ đã
dẫn đến sự cần thiết gia tăng mật độ ô. Điều này dẫn đến kết quả, với một mạng lớn, rất khó
để thiết kế mạng chất lượng cao theo phương pháp thủ công.
Hơn nữa, công nghệ WCDMA là giải pháp chủ đạo cho các hệ thống thông tin di động
thế hệ thứ ba (3G). Công nghệ này đã được thông qua bởi hầu hết các nước triển khai mạng
UMTS. Tương tự như các công nghệ khác, việc triển khai mạng WCDMA đặt ra vấn đề để
lựa chọn địa điểm đặt anten và các cấu hình liên quan đến các mục tiêu: giá thành thấp, hiệu
năng cao. Chìa khóa để quy hoạch thành công là đánh giá nhanh và chính xác hiệu năng
mạng: vùng phủ, dung lượng mạng và QoS. Điều này cũng làm cho các phương pháp thiết kế
thông thường không đủ để dự phòng cho tương lai. Do đó, cần phải có các công cụ quy hoạch
mạng tiên tiến và thông minh. Một công cụ quy hoạch hứa hẹn sẽ hỗ trợ các kế hoạch của con
người bằng cách tự động hóa các quá trình thiết kế [4,5].

1


Chương 1: Quy hoạch và tối ưu WCDMA UMTS

1.1.2 Mục tiêu quy hoạch vô tuyến
Công việc của quy hoạch vô tuyến là xác định các vị trí và cấu hình nodeB tương ứng:
vùng phủ và dung lượng xuất phát từ các số liệu dự báo. Công việc đầu tiên trong khi quy

hoạch vô tuyến là xác định đầu ra từ các số liệu dự báo, đặc biệt tính mật độ site trong mỗi
kiểu cluter. Số site tính được trong quy vô tuyến thường khác với số site tính theo dự báo do
vùng phủ thực tế khác các mô hình thực nghiệm giả định. Luôn có nguy cơ số site quy hoạch
lớn hơn số site ước tính từ số liệu dự báo. Kết quả là, việc thực hiện quy hoạch một vài lần là
cần thiết để nhận được một con số đáng tin cậy.

IT

Một vấn đề đối với quy hoạch vô tuyến là xác định mật độ trạm. Thứ nhất, mật độ trạm
cao đặt ra nhiều khó khăn trong việc tìm kiếm các vị trí phù hợp. Điều này đúng với tất cả các
kiểu cluter. Trong các vùng mật độ cao, hầu hết các trạm phù hợp nhất đã quá tải các anten
2G. Điều này dẫn đến có ít vị trí lí tưởng cho các anten WCDMA. Thứ hai, các vị trí này sẽ
không có chiều cao tương đương. Đây là một nhược điểm lớn trong quy hoạch vô tuyến vì sự
khác biệt lớn về độ cao có thể làm thay đổi phạm vi và vùng phủ của ô. Vấn đề thứ ba là sự
hạn chế băng tần có thể yêu cầu tái sử dụng tần số chặt hơn. Trong trường hợp này, quy hoạch
vô tuyến phải gần hơn với mạng lý tưởng để đạt được hiệu suất tốt.

T

Quy hoạch mạng vô tuyến thường được thực hiện theo số liệu dự báo. Quá trình dự báo
bao gồm bản quy hoạch thô để điều chỉnh số lượng trạm và mức độ bao phủ sử dụng một số
mô hình truyền lan điển hình và các module hệ thống WCDMA trong công cụ lập quy hoạch.
Trong giai đoạn quy hoạch thực tế, cần một số yếu tôt đầu vào để nâng cao chất lượng và độ
chính xác trong quy hoạch vô tuyến. Tùy thuộc vào công cụ quy hoạch được lựa chọn để sử
dụng, số lượng yếu tố đầu vào có thể được yêu cầu để được sử dụng công cụ một cách đầy đủ.
Ví dụ, các vấn đề sau đây cần được xem xét:
 Các đặc điểm truyền sóng của các vùng khác nhau (điều chỉnh các mô hình truyền lan)

P


 Xác đinh ác đầu vào yêu cầu (bản đồ cluter, bản đồ địa lý, dữ liệu về các tòa nhà,…)
 Lưu lượng và thông tin cá nhân
 Xác định các thông số thiết bị vô tuyến WCDMA (số lượng anten, các đặc tính vô
tuyến, …)
 Tùy chọn các cấu hình NodeB (số phân đoạn ô, vô hướng, đa kênh)
Có hai quyết định quan trọng liên quan đến quy hoạch vô tuyến phải được xem xét trước
khi xây dựng quy hoạch thực tế. Thứ nhất, cần xem xét mức độ chính xác của vùng phủ và
dung lượng cần thiết, điều này phụ thuộc lớn vào độ chính xác của mô hình truyền lan trong
công cụ quy hoạch. Thứ hai, nhà quy hoạch cần quyết định mức độ tối ưu hóa vô tuyến cần
thiết khi thực hiện quy hoạch. Điều này chỉ có thể thực hiện khi công cụ quy hoạch cùng với
các thông số quy hoạch và thiết bị mô hình đủ chính xác. Nó thường được thực hiện ở những
vùng mà công tác tối ưu hóa không được thực hiện trong suốt quá trình quy hoạch. Quá trình
tối ưu hóa sau quy hoạch thường tốn kém và chỉ là các điều chỉnh nhỏ. Nó thường là giới hạn
với điều chỉnh ăng-ten (thay đổi độ nghiêng và góc phương vị).
Một số tính năng rất hữu ích khi lựa chọn công cụ quy hoạch là:
2


Chương 1: Quy hoạch và tối ưu WCDMA UMTS

 Hỗ trợ đồng thời quy hoạch GSM/UMTS
 Lựa chọn trạm tối ưu - khi có các trạm hiện tại hoặc có sự lựa chọn trạm khác
 Hỗ trợ các mô hình truyền lan đồng thời.
 Hỗ trợ mô hình điều chỉnh và các mô hình định nghĩa người dùng
 Hỗ trợ các tính năng quy hoạch mạng WCDMA, như quy hoạch hoa tiêu và quy hoạch
mã
 Cấu hình ăng-ten tối ưu
 Các kịch bản định nghĩa lưu lượng hỗn hợp
 Mô phỏng hiệu năng mạng bao gồm cả mô phỏng bán động và mô phỏng động


IT

Một số công cụ quy hoạch có tính chất thương mại có sẵn trên thị trường và một số được
sử dụng rộng rãi bởi các nhà khai thác mạng. Các yếu tố chính xác định khả năng sử dụng của
công cụ này là độ chính xác của mô hình vô tuyến, chẳng hạn như các mô hình truyền lan, cấu
hình ăng-ten, dự đoán nhiễu, phân bổ tần số và các mô hình kênh. Công cụ quy hoạch với các
mô hình lưu lượng WCDMA cho quy hoạch dung lượng có nhiều thuận lợi.
1.1.3. Quy trình quy hoạch mạng WCDMA

T

Quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA gồm một số bước từ thiết lập công cụ đến khảo sát
site. Quá trình này tương tự như bất kỳ mạng không dây nào. Sự khác nhau giữa WCDMA và
các công nghệ khác là cấu hình site thực tế, chỉ số KPI (chỉ số hiệu năng quan trọng), và môi
trường truyền sóng khi WCDMA có thể hỗ trợ người sử dụng di động và cố định, nơi mà sau
này có thể triển khai anten có hướng hoặc anten đặt trên mái nhà.

P

Cuối cùng, quy hoạch vô tuyến xác định vị trí site và cấu hình tương ứng của chúng. Cấu
hình bao gồm chiều cao ăng ten, số phân đoạn ô, phân chia tần số hoặc nhóm kênh chính, loại
ăng-ten, góc phương vị và downtilt anten, loại thiết bị, và công suất vô tuyến. Bước cuối của
quy hoạch sẽ kiểm tra lại với các yêu cầu KPI khác nhau, chủ yếu là tiêu chuẩn vùng phủ và
dung lượng (hoặc chất lượng tín hiệu). Hình 1.1 có thể được sử dụng để hướng dẫn việc phát
triển quá trình quy hoạch. Quá trình quy hoạch phần lớn cũng phụ thuộc vào các công cụ quy
hoạch đã được dùng..
Quá trình quy hoạch trong hình 1.1 bao gồm drive test và sự xác minh sau khi khảo sát
site. Quá trình này không bắt buộc cho tất cả các site khi tổng số site quá nhiều. Thông
thường, khảo sát site và phân tích KPI để đưa ra khu vực dự kiến sẽ có chất lượng vô tuyến
thấp. Điều này thường được thực hiện khi các site ứng cử không đặt ở địa điểm lý tưởng hoặc

nếu khảo sát site tìm thấy một số khác biệt giữa các ứng cử viên.

3


Chương 1: Quy hoạch và tối ưu WCDMA UMTS

Dữ liệu/Bản đồ địa lý

Dữ liệu và các dịch vụ khách hàng

Mô tả các thiết bị RF

Dữ liệu đo đạc

Thiết lập công cụ quy hoạch

Định nghĩa KPI

Các vị trí của điểm

Cấu hình điểm

Phân tích vùng phủ/khả năng

Phân tích KPI

Điều chỉnh

IT


Khảo sát điểm

Kiểm tra lái xe/xác minh

Vị trí điểm cuối cùng và cấu hình

T

Hình 1.1: Quy trình quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA

1.1.4. Những thách thức trong quy hoạch mạng WCDMA

P

Quy hoạch vô tuyến giữa WCDMA và GSM là khác nhau [6]. WCDMA đưa ra độ lợi xử
lý khá cao do trải phổ. Các tính năng này chỉ khai thác khi yêu cầu về chất lượng tín hiệu
được xử lý. Để hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao, quy hoạch vô tuyến phải có Eb/N0 phù hợp ngay cả
khi nhiễu tăng lớn.
Một vấn đề khác cần xem xét trong quy hoạch WCDMA là yêu cầu Eb/N0 cao để hỗ trợ
tốc độ dữ liệu cao. Mặc dù một site cần hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao cho thiết bị di động gần với
nó hơn, giá trị Eb/N0 > 20 dB chỉ có thể khi không có nhiễu. Điều này đòi hỏi sự chính xác
của mô hình truyền lan và các thiết bị vô tuyến.

1.2. Các phương pháp quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA
Có hai phương pháp cơ bản để quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA. Đó là phương pháp
dựa trên sự tổn hao đường truyền và phương pháp dựa trên mô phỏng. Phương pháp dựa trên
sự tổn hao đường truyền là đơn giản nhất và đã được thông qua bởi đa số các nhà khai thác
3G.
1.2.1. Phương pháp dựa trên tổn hao đường truyền

Phương pháp dựa trên tổn hao đường truyền để quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA hoàn
toàn có thể sử dụng công cụ quy hoạch mạng vô tuyến 2G (GSM thông thường). Công cụ quy
4


Chương 1: Quy hoạch và tối ưu WCDMA UMTS

hoạch phải có khả năng tính toán tổn hao đường truyền đầy đủ và hiển thị các khu vực nơi mà
có tổn hao đường truyền vượt quá ngưỡng. Công cụ quy hoạch cũng phải có khả năng hiển thị
những khu vực máy chủ tốt nhất và, tùy chọn, nó phải có khả năng hiển thị chất lượng đường
xuống C/I. Trong mỗi trường hợp, thống kê số học cũng như đồ thị nên được tạo ra. Các đầu
vào cho phương pháp dựa trên tổn hao đường truyền là:
 Vị trí trạm 3G ứng cử với cấu hình vật lý của chúng (loại ăng-ten, chiều cao ăng-ten,
độ nghiêng anten, góc phượng vị của anten, loại phiđơ, và độ dài phiđơ)
 Mô hình truyền lan
 Bản đồ địa hình số
 Quỹ đường truyền với các ngưỡng cường độ tín hiệu

IT

Vị trí của trạm 3G ứng cử nên được lựa chọn theo các tiêu chuẩn quy định tại mục 1.2.3.
Đó có thể là các trạm 2G đang được tái sử dụng cho 3G hoặc một vị trí 3G hoàn toàn mới. Mô
hình truyền cần được điều chỉnh từ các phép đo theo các khuyến nghị trong mục 1.2.4. Việc
điều chỉnh mô hình truyền lan cần tính toán trên bản đồ địa hình số (ví dụ, những khu vực thể
hiện là nông thôn, mà trên thực tế là ngoại thành). Quỹ đường truyền với các ngưỡng cường
độ tín hiệu cần dựa trên một tập hợp các dịch vụ 3G và quỹ đường truyền CPICH. Hướng dẫn
cho quỹ đường truyền WCDMA được quy định tại mục 1.2.5.
Bảng 1.1: Ví dụ mẫu của kết quả quỹ đường truyền 3G với Công cụ quy hoạch cường độ ngưỡng tín
hiệu


140 dB

Công suất phát đường xuống được cấu hình trong công cụ quy hoạch

33 dBm

Hệ số khuyếch đại anten Node B giả định trong các quỹ đường truyền

18 dBi

P

T

Kết quả quỹ đường truyền với tổn hao đường truyền cực đại cho phép

Tổn hao phiđơ giả định trong quỹ đường truyền

2 dB

Ngưỡng cường độ tín hiệu trong công cụ quy hoạch

-91 dBm

Các kết quả quỹ đường truyền WCDMA phải được điều chỉnh trước khi được sử dụng
trong công cụ quy hoạch. Các kết quả quỹ đường truyền được tạo ra trong trường hợp tổn hao
đường truyền cho phép là cực đại, trong khi phần lớn các công cụ quy hoạch hiển thị đường
bao của cường độ tín hiệu. Có nghĩa là phải lựa chọn riêng công suất phát NodeB, và sau đó
ngưỡng cường độ tín hiệu tính bằng cách trừ đi tổn hao đường truyền cực đại cho phép. Hệ số
khuếch đại anten NodeB và tổn hao phiđơ cũng phải được đưa vào tính toán. Thông thường

công suất phát được lựa chọn bằng với công suất phát CPICH. Điều này có nghĩa là cường độ
tín hiệu tính toán bằng các công cụ quy hoạch có thể được hiểu là CPICH RSCP. Ví dụ về hệ
số tổn hao đường truyền cực đại cho phép trong quỹ đường truyền, tương ứng với ngưỡng
cường độ tín hiệu được trình bày trong bảng 1.1.
Trong ví dụ này, giả sử rằng tổn hao đường truyền cực đại cho phép từ quỹ đường truyền
WCDMA là 140 dB. Con số này có được từ quỹ đường truyền dịch vụ đường lên, quỹ đường
5